CN108950860A - 亲水改性聚丙烯熔喷无纺布生产工艺 - Google Patents

亲水改性聚丙烯熔喷无纺布生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种亲水改性聚丙烯熔喷无纺布生产工艺，包括以下步骤：第一步骤是熔融原料；采用聚丙烯与亲水母粒的混合物作为原料，亲水母粒在原料中的重量百分比为4%－12%；第二步骤是将改性聚丙烯熔体送入模头；计量泵的频率为20－30 Hz；第三步骤是形成纤维；热风频率为20－40 Hz；第四步骤是在成网帘上形成亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料；在考虑到常规的工艺参数并采用聚丙烯与亲水母粒的混合物作为原料的基础上，本发明通过控制热风频率和计量泵频率，制备出同时满足亲水性要求、纤维直径及稳定性要求和透气性能及稳定性要求的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布，为克服现有产品的缺陷从而大规模工业应用扫清了障碍。

Description

亲水改性聚丙烯熔喷无纺布生产工艺
技术领域
本发明涉及亲水改性聚丙烯熔喷无纺布的生产工艺。
背景技术
以聚丙烯为原料生产的非织造布具有良好的物理性能，但聚丙烯大分子结构中不含有亲水性基团导致聚丙烯非织造布的亲水性极差。在一些亲水性要求高的领域（如止血绷带、消毒湿巾等）对具有亲水性能的聚丙烯熔喷无纺布有着极大的需求。
熔喷非织造布是一步法纺丝技术。螺杆挤出机将原料熔为熔体，聚合物熔体通过计量泵均匀地输送到模头中，依靠从热风管中喷出的高温高速的热风（即热风）对熔体细流进行强烈的拉伸作用，源源不断的熔体细流被热风拉断成为短纤维。牵伸之后，可外加一个冷却装置，使用冷却空气在纤维成丝的过程中使其快速冷却固化。接收装置下方安装有负压吸风装置，可将喷出的丝条牢牢铺在接收装置的成网帘上，依靠滚筒的轧合加固成为熔喷非织造材料。螺杆挤出机有6个区。
生产具有亲水性能的聚丙烯熔喷无纺布需要探索新的工艺路线。无纺布的性能要求方面，不仅仅是亲水性一个指标，在探索、设计新的工艺路线时，往往解决了亲水性指标，却同时不能满足其他指标，如纤维直径的稳定性、透气性能等等。现有的生产具有亲水性能的聚丙烯熔喷无纺布的方法均不能制备出同时满足亲水性要求、纤维直径的稳定性要求和透气性能稳定性要求的无纺布，导致此类工艺实际上只能生产出具有某方面缺陷的产品，均未能在工业上得到大规模应用。究其原因，造成这种现象的原因，是设计者未能考虑到足够的影响因素，而仅仅考虑了已知的影响因素如模头温度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种亲水改性聚丙烯熔喷无纺布生产工艺，同时满足亲水性要求、纤维直径的稳定性要求和透气性能稳定性的要求。
为实现上述目的，本发明的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布生产工艺包括以下步骤：
第一步骤是熔融原料；采用聚丙烯与亲水母粒的混合物作为原料，亲水母粒在原料中的重量百分比为4%－12%；
使用螺杆挤出机将原料混合均匀并熔融为改性聚丙烯熔体；
第二步骤是将改性聚丙烯熔体送入模头；计量泵将改性聚丙烯熔体送入模头；计量泵的频率为20 Hz－30 Hz，模头温度为200±1℃；改性聚丙烯熔体通过模头后喷向下方的成网帘；
第三步骤是形成纤维；使用热风吹向改性聚丙烯熔体，依靠热风对改性聚丙烯熔体细流进行拉伸，改性聚丙烯熔体细流被热风拉断成为短纤维；热风频率为20－40 Hz；
使用冷却空气吹向热风拉伸后并继续向下运动的短纤维，使短纤维快速冷却固化；
第四步骤是形成亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料；成网帘下方安装有负压吸风装置，在负压作用下，冷却固化后的短纤维牢固地吸附在成网帘上，经滚筒轧合后形成亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料。
所述螺杆挤出机有6个区，一区温度为163℃，二区温度为175℃，三区温度为175℃，四区温度为180℃，五区温度为180℃，六区温度为186℃。
所述第三步骤中热风的温度为233℃；
成网帘的频率为12.35 Hz。
所述热风频率为20－25 Hz。
所述热风频率为30－40Hz。
影响无纺布性能的因素非常多，本发明首次公开了热风频率和计量泵频率对纤维直径以及透气性的影响。在考虑到常规的工艺参数并采用聚丙烯与亲水母粒的混合物作为原料的基础上，本发明通过同时控制热风频率和计量泵频率，制备出同时满足亲水性要求、纤维直径及稳定性要求和透气性能及稳定性要求的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布，为克服现有产品的缺陷从而大规模工业应用扫清了障碍。
附图说明
图1是现有的熔喷工艺原理图；
图2是实施例4制备的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料与纯聚丙烯以及纯亲水母粒相对比的红外光谱图；其中a曲线为亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料的红外光谱曲线，b曲线为纯聚丙烯的红外光谱曲线，c曲线为纯亲水母粒的红外光谱曲线。
具体实施方式
本发明的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布生产工艺包括以下步骤：
第一步骤是熔融原料；采用聚丙烯与亲水母粒的混合物作为原料，亲水母粒在原料中的重量百分比为4%－12%；
使用螺杆挤出机将原料混合均匀并熔融为改性聚丙烯熔体；螺杆挤出机采用上海成杰挤出机有限公司生产的SJ-45型螺杆挤出机。
第二步骤是将改性聚丙烯熔体送入模头；计量泵将改性聚丙烯熔体送入模头；计量泵的频率为20 Hz－30 Hz（包括两端值，下同），模头温度为200±1℃；改性聚丙烯熔体通过模头后喷向下方的成网帘；计量泵的频率为20－30 Hz；
第三步骤是形成纤维；使用热风吹向改性聚丙烯熔体，依靠热风（即热风）对改性聚丙烯熔体细流进行拉伸，改性聚丙烯熔体细流被热风拉断成为短纤维；热风频率为20－40Hz；
使用冷却空气吹向热风拉伸后并继续向下运动的短纤维，使短纤维快速冷却固化；
第四步骤是形成亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料；成网帘下方安装有负压吸风装置（如真空泵及其抽风管路），在负压作用下，冷却固化后的短纤维牢固地吸附在成网帘上，经滚筒轧合后形成亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料。
所述螺杆挤出机有6个区，一区温度为163℃，二区温度为175℃，三区温度为175℃，四区温度为180℃，五区温度为180℃，六区温度为186℃。
所述第三步骤中热风的温度为233℃；
成网帘的频率为12.35 Hz。
其中，聚丙烯采用湖南盛锦新材料有限公司生产的熔喷聚丙烯专用料，其熔融指数为1131克/10分钟。亲水母粒采用江阴市共创塑胶科技有限公司生产的亲水母粒产品，其熔融指数为1014克/10分钟。
红外光谱测试
使用美国Nicolet公司生产的Nicolet IS5红外光谱测试仪，对制备的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料与纯聚丙烯以及纯亲水母粒分别进行实验测试。
由图2可对照看出，聚丙烯与亲水母粒的混合物以及纯亲水母粒在3300 cm-1左右都出现了宽峰值，为亲水基团-OH的特征峰，但其峰值并不是十分强烈；同时在1000-1300cm-1之间还存在有亲水基团C-O。纯聚丙烯样品中不存在亲水性基团。
表一为各具体实施例：
纤维直径测定
采用上海蔡康光学仪器有限公司生产的XPF-550C偏光显微镜，对实施例2－10所制得的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料进行测试，得出其纤维直径。纤维直径是研究纤维性能中的一个十分重要的参数。
表二为实施例2－6所制得的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料的纤维直径表。
表二：
计量泵频率/Hz 10 15 20 30 35
实施例 2 3 4 5 6
纤维直径/µm 45.567 51.130 57.290 68.881 76.131
表二数据显示，计量泵频率的增大会使得纤维的直径也逐步增大，计量泵频率在20－30 Hz之间时，为纤维直径变化非常平缓的区域，可以制备出纤维直径非常稳定均匀的产品。
表三为实施例7－10所制得的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料的纤维直径表。
表三：
表三数据显示，热风频率为20－25 Hz之间时，纤维直径的变化非常平缓，可以制备出纤维直径非常稳定均匀的产品。
透气性能测定
采用GB/T 5453-1997标准，使用温州方圆仪器有限公司生产的YG461D数字式织物透气量仪，对实施例6－10所制得的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料的透气性能进行测定，固定压力差ΔP=100 Pa，流量Q单位为mm/s，透气性是指在一定的压力下，单位时间及面积内流经织物的气流流量的大小表示，实际上表示的是流速的大小，透气性在一定的程度上反应了孔隙率及纤维直径的变化。
表四是实施例2－6所制得的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料的透气率。
表四：
计量泵频率/Hz 10 15 20 30 35
实施例 2 3 4 5 6
透气量/mm·s 435 450 677 731 883.5
从表四可以看出，计量泵转速在20 Hz~30 Hz时，透气量的变化趋势较为平稳，空气流速随计量泵频率的上升增速平稳，可表明其纤维表面结构较为均匀。因此计量泵频率在20Hz~30 Hz时，其透气性能最为稳定，同时此时纤维的透气性能也较高。
表五为实施例7－10所制得的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料的透气性能表。
表五：
从表五中可以看到，当热风频率为20－25Hz范围内时，所制得的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料的透气性最佳，此时透气性能随热风频率的变化也比较平缓。
吸水率测定
根据ISO 9073.6标准测试，测定非织造布的吸水率主要是为了衡量非织造布吸收水分的能力大小；吸水率测试是衡量无纺布亲水性能的一个重要指标，主要方法是将预先剪取好的纤维浸润在蒸馏水中，使其充分吸水，再将其取出，滴淌至水分沥尽之后，放入电子天平中称取质量，根据公式计算出非织造布的吸水率。其公式计算如下式（1）所示：
G=[（W1-W0）/W0]×100%；
式中：G（%）为吸水率；W1为样品吸水后重量；W0为样品干重。
表六是实施例11至17所制备的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料的吸水率表。
表六：
样品 3% 4% 5% 8% 12% 16% 20%
实施例 11 12 13 14 15 16 17
吸水率/% 186.957 211.458 226.582 251.257 281.538 284.736 272.214
由表六可知，当亲水母粒的重量含量在4%~12%之间时，制备的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料都具有较好的吸水性能，当亲水母粒的重量含量在12%时，基本达到峰值，此时纤维的表面亲水能力最强。
表七是实施例6－10所制得的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料的吸水率表。
热风频率/Hz 40 35 30 25 20
实施例 6 7 8 9 10
吸水率/% 140.63 142.98 196.20 224.86 267.90
表八是实施例2－5所制得的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料的吸水率表。
计量泵频率/Hz 10 15 20 30
实施例 2 3 4 5
吸水率/% 126.29 151.37 153.98 161.75
根据表七与表八数据可得，热风频率和计量泵频率对熔喷无纺布的亲水性能有一定的影响，热风频率增加则吸水率下降，计量泵频率增加则吸水率上升。热风频率在20－25Hz区间时，吸水率最高；计量泵频率在20－30Hz区间时，吸水率最高。
在考虑到常规的工艺参数并采用聚丙烯与亲水母粒的混合物作为原料的基础上，本发明通过同时控制热风频率和计量泵频率，制备出各方面性能均良好的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.亲水改性聚丙烯熔喷无纺布生产工艺，其特征在于包括以下步骤：
第一步骤是熔融原料；采用聚丙烯与亲水母粒的混合物作为原料，亲水母粒在原料中的重量百分比为4%－12%；
使用螺杆挤出机将原料混合均匀并熔融为改性聚丙烯熔体；
第二步骤是将改性聚丙烯熔体送入模头；计量泵将改性聚丙烯熔体送入模头；计量泵的频率为20 Hz－30 Hz，模头温度为200±1℃；改性聚丙烯熔体通过模头后喷向下方的成网帘；
第三步骤是形成纤维；使用热风吹向改性聚丙烯熔体，依靠热风对改性聚丙烯熔体细流进行拉伸，改性聚丙烯熔体细流被热风拉断成为短纤维；热风频率为20－40 Hz；
使用冷却空气吹向热风拉伸后并继续向下运动的短纤维，使短纤维快速冷却固化；
第四步骤是形成亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料；成网帘下方安装有负压吸风装置，在负压作用下，冷却固化后的短纤维牢固地吸附在成网帘上，经滚筒轧合后形成亲水改性聚丙烯熔喷无纺布材料。
2.根据权利要求1所述的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布生产工艺，其特征在于：
所述螺杆挤出机有6个区，一区温度为163℃，二区温度为175℃，三区温度为175℃，四区温度为180℃，五区温度为180℃，六区温度为186℃。
3.根据权利要求2所述的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布生产工艺，其特征在于：所述第三步骤中热风的温度为233℃。
4.根据权利要求1所述的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布生产工艺，其特征在于：成网帘的频率为12.35 Hz。
5.根据权利要求1所述的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布生产工艺；
其特征在于：所述热风频率为20－25 Hz。
6.根据权利要求1所述的亲水改性聚丙烯熔喷无纺布生产工艺；其特征在于：所述热风频率为30－40Hz。
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